DE102012000709A1 - Method for repelling an approaching ballistic missile and interceptor system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Abwehren einer anfliegenden ballistischen Rakete (28), bei dem eine voraussichtliche Flugbahn (36) der ballistischen Rakete (28) ermittelt, eine Abfangrakete (2) gestartet wird, diese zur voraussichtlichen Flugbahn (36) fliegt und mittels ihrer Wirkladung (22) die ballistische Rakete (28) im Flug zerstört. Die Abwehr der ballistischen Rakete (28) kann mit einfachen Mitteln erfolgen, wenn die Abfangrakete (2) vor der Zündung der Wirkladung (22) in Flugrichtung der ballistischen Rakete (28) vor dieser her fliegt.The invention is based on a method for repelling an approaching ballistic missile (28), in which an anticipated trajectory (36) of the ballistic missile (28) is determined, an interceptor rocket (2) is launched, it flies to the expected trajectory (36) and by means of its active charge (22) destroys the ballistic missile (28) in flight. The defense of the ballistic missile (28) can be done by simple means when the interceptor rocket (2) flies before the ignition of the active charge (22) in the direction of flight of the ballistic missile (28) before her.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abwehren einer anfliegenden ballistischen Rakete, bei dem eine voraussichtliche Flugbahn der ballistischen Rakete ermittelt, eine Abfangrakete gestartet wird, diese zur voraussichtlichen Flugbahn fliegt und mittels ihrer Wirkladung die ballistische Rakete im Flug zerstört.The invention relates to a method for averting an approaching ballistic missile, in which a probable trajectory of the ballistic missile is determined, an interceptor rocket is launched, it flies to the probable trajectory and destroys the ballistic missile in flight by means of its active charge.
Im Fokus dieser Erfindung stehen Abfangsysteme zur Abwehr bzw. Verfahren zum Abwehren von taktischen ballistischen Raketen (sogenannte ”tactical ballistic missiles”, kurz ”TBM”) und ballistischen Mittelstreckenraketen (sogenannte ”intermediate range ballistic missiles”, kurz ”IRBM”).The focus of this invention are interception systems for defense or methods for the defense of tactical ballistic missiles (so-called "tactical ballistic missiles", short "TBM") and ballistic medium-range missiles (so-called "intermediate range ballistic missiles", short "IRBM").
Taktische ballistische Raketen haben üblicherweise eine Reichweite von bis zu 500 km, während mit ballistischen Mittelstreckenraketen Reichweiten bis zu 3.000 km erreicht werden. Ihr Flug wird in drei charakteristische Missionsphasen eingeteilt. Während der Startphase (Boost) arbeitet das Raketentriebwerk und beschleunigt die ballistische Rakete bis zu der von der gewünschten Reichweite abhängigen Brennschlussgeschwindigkeit. Während der reibungsarmen Flugphase außerhalb der Atmosphäre wird der größte Teil der Flugstrecke mit Geschwindigkeiten zwischen rund 1000 m/s und 5000 m/s zurückgelegt. Die dritte Flugphase, auch Endphase genannt, beginnt mit dem Wiedereintritt in die Atmosphäre und endet mit dem Auftreffen im Ziel.Tactical ballistic missiles usually have a range of up to 500 km, while with medium range ballistic missiles ranges up to 3,000 km can be achieved. Your flight is divided into three characteristic mission phases. During the boost phase, the rocket engine operates and accelerates the ballistic missile up to the burnout speed dependent on the desired range. During the low-friction flight phase outside the atmosphere, most of the flight route is traveled at speeds of between about 1000 m / s and 5000 m / s. The third flight phase, also known as the final phase, begins with the re-entry into the atmosphere and ends with the hitting the finish.
Bei einer Abwehr der taktischen ballistischen Rakete wird diese üblicherweise in der Endphase durch einen entsprechenden Flugkörper abgefangen. Die Abfangrakete wird vom Boden gestartet und fliegt der ballistischen Rakete entgegen, um diese möglichst direkt zu treffen. Die Schwierigkeit liegt hierbei darin, die Flugbahn der sehr schnell anfliegenden ballistischen Rakete präzise zu berechnen, um die Rakete auch treffen zu können. Erschwerend kommt hinzu, dass die ballistische Rakete beim Wiedereintritt in die Atmosphäre eine Taumelbewegung beginnt, so dass diese Taumelbewegung in die Flugbahnberechnung einbezogen werden muss. Für eine solche Flugbahnberechnung ist eine aktive Sensorik zum Bestimmen der Entfernung und der Differenzgeschwindigkeit der Abfangrakete zur taktischen ballistischen Rakete notwendig, um einen voraussichtlichen Treffpunkt (PIP Predicted Impact Point) zu bestimmen. Bedingt durch die hohen sensorischen und aktuatorischen Anforderungen ist eine entsprechend ausgestaltete Abfangrakete relativ teuer bzw. aufwändig.When defending the tactical ballistic missile, this is usually intercepted in the final phase by a corresponding missile. The interceptor rocket is launched from the ground and flies towards the ballistic missile to hit it as directly as possible. The difficulty here is to precisely calculate the trajectory of the very fast approaching ballistic missile in order to hit the rocket. To make matters worse, when the ballistic missile re-enters the atmosphere starts a tumbling motion, so that this tumbling motion must be included in the trajectory calculation. For such a trajectory calculation, active sensing for determining the range and the differential velocity of the interceptor missile to the tactical ballistic missile is necessary to determine an Predicted Impact Point (PIP). Due to the high sensory and actuation requirements a suitably designed interceptor rocket is relatively expensive or complex.
Darüber hinaus gibt es auch die Möglichkeit, taktische ballistische Raketen, insbesondere Mittelstreckenraketen während der Flugphase im All abzufangen. Dazu werden sogenannte exoatmosphärische Kill Vehicle von einer mehrstufigen Rakete ins All verbracht und fangen die ballistische Rakete dort ab. Durch die hohe Flughöhe und die notwendige Manövrierfähigkeit der Abfangrakete im All ist ein solches leistungsfahiges Abfangsystem noch kostspieliger bzw. aufwändiger als atmosphärische Abfangsysteme.In addition, there is also the possibility of intercepting tactical ballistic missiles, especially medium-range missiles during the flight phase in space. For this purpose, so-called exo-atmospheric Kill Vehicle are spent by a multi-stage rocket into space and catch the ballistic missile there. Due to the high altitude and the necessary maneuverability of the interceptor rocket in space, such a powerful interception system is even more costly or complex than atmospheric interception systems.
Schließlich gibt es Überlegungen, taktische ballistische Raketen direkt am Start abzufangen. Für einen solchen Fall ist ein Hochleistungsabfangflugkörper erforderlich. Eine Realisierung könnte auf luftgestützten Plattformen, z. B. unbemannten Luftfahrzeugenn realisiert werden, die in einer Krisensituation über einem kritischen Gebiet kreisen, einen Raketenstart registrieren und daraufhin einen mitgeführten Flugkörper starten. Auch ein solches Abfangsystem ist sehr aufwändig und teuer und nur für begrenzte Gebiete möglich.Finally, there are considerations to intercept tactical ballistic missiles right at the start. For such a case, a high performance interceptor missile is required. One implementation could be on airborne platforms, e.g. As unmanned aerial vehicles are realized, which revolve in a crisis situation over a critical area, register a rocket launch and then start a guided missile. Even such an interception system is very complex and expensive and possible only for limited areas.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Abwehren einer anfliegenden ballistischen Rakete und ein Abfangsystem anzugeben, mit denen ballistische Raketen kostengünstig abgewehrt werden können.It is an object of the present invention to provide a method for averting an approaching ballistic missile and an interceptor system, with which ballistic missiles can be defended cost-effectively.
Die auf das Verfahren gerichtete Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Abfangrakete erfindungsgemäß vor der Zündung der Wirkladung in Flugrichtung der ballistischen Rakete vor dieser herfliegt. Die Bekämpfung findet hierbei zweckmäßigerweise in der Endphase statt, also nach Wiedereintritt der ballistischen Rakete in die Atmosphäre. Vorteilhafterweise fliegt die Abfangrakete auch im Moment der Zündung der Wirkladung vor bzw. neben der ballistisches Rakete her.The object directed to the method is achieved by a method of the type mentioned, in which the interceptor rocket according to the invention flies before the ignition of the active charge in the direction of flight of the ballistic missile before this. The combat takes place expediently in the final phase, ie after reentry of the ballistic missile into the atmosphere. Advantageously, the interceptor missile also flies in front of or next to the ballistic missile at the moment of ignition of the active charge.
Der Erfindung liegt die Überlegung zu Grunde, dass die Schwierigkeit in einer endoatmosphärischen Bekämpfung während der Endflugphase der ballistischen Rakete darin liegt, dass die Relativgeschwindigkeit zwischen der ballistischen Rakete und der dieser entgegen fliegenden Abfangrakete sehr hoch ist. Bei einem Zünden der Wirkladung nur in der Nähe der ballistischen Rakete ist der Missionserfolg aufgrund der sehr hohen Begegnungsgeschwindigkeit (im Fachterminus auch als Annäherungsgeschwindigkeit bzw. ”closing velocity” bezeichnet) zwischen 2000 m/s bei einfachen taktischen ballistischen Raketen und -über 5000 m/s bei ballistischen Mittelstreckenraketen nicht gesichert, da die Wirkkraft der Ladung nicht ausreichend präzise platziert werden kann. Es sollte daher ein Direkttreffer angestrebt werden. Durch eine deutliche Reduzierung der Relativgeschwindigkeit kann jedoch auf ein direktes Zusammentreffen der Abfangrakete mit der ballistischen Rakete verzichtet werden und eine Detonation der Wirkladung in der Umgebung der ballistischen Rakete kann zum Missionserfolg ausreichen.The invention is based on the consideration that the difficulty in an endoatmosphärischen combat during the final flight phase of the ballistic missile is that the relative velocity between the ballistic missile and the counter-launching missile flying this is very high. When the active charge is ignited only in the vicinity of the ballistic missile, the mission success is due to the very high velocity of encounter (also referred to in the specialist terminology as "closing velocity") between 2000 m / s for simple tactical ballistic missiles and over 5000 m / s not secured in ballistic medium-range missiles, as the effect of the charge can not be placed with sufficient precision. It should therefore be sought a direct hit. However, a significant reduction in the relative speed makes it possible to dispense with a direct coincidence of the interceptor with the ballistic missile, and a detonation of the active charge in the vicinity of the ballistic missile may be sufficient for the success of the mission.
Bei einem Vorwegfliegen der Abfangrakete vor der ballistischen Rakete, also bei einer gleichgerichteten Bewegung der beiden Raketen wird die Differenzgeschwindigkeit zwischen den beiden Raketen auf die Überholgeschwindigkeit verringert, also im Vergleich zu einem gegengerichteten Anflug un die doppelte Fluggeschwindigkeit der Abfangrakete reduziert. Hierdurch vereinfacht sich das Platzieren einer Zerstörwirkung der Wirkladung, so dass auf einen Direkttreffer verzichtet werden kann. Damit kann der Aufwand für Sensorik als auch Aktuatorik der Abfangrakete erheblich verringert werden, so dass eine wesentlich kostengünstigere Abfangrakete ermöglicht wird. In anticipatory flying of the interceptor missile before the ballistic missile, ie in a rectified movement of the two missiles, the differential speed between the two missiles on the overtaking speed is reduced, so compared to a counter-attack and the double speed of the interceptor missile reduced. This simplifies placing a destructive effect of the active charge, so that can be dispensed with a direct hit. Thus, the cost of sensors and actuators of the interceptor rocket can be significantly reduced, so that a much cheaper interceptor rocket is possible.
Aufgrund der geringeren Differenzgeschwindigkeit zwischen Abfangrakete und anfliegender ballistischer Rakete ist ein direktes Zusammentreffen der beiden Raketen unter Umständen nicht mehr notwendig. Hierdurch kann die Steuerung der Abfangrakete erheblich vereinfacht werden, da auf die Berücksichtigung der Taumelbewegung der anfliegenden ballistischen Rakete verzichtet werden kann. Hierfür wird die Abfangrakete zweckmäßigerweise auf eine Bahn innerhalb der voraussichtlichen Taumelbahn der ballistischen Rakete gesteuert. Die Taumelbahn ist eine spiralförmige Bahn, die einen im Wesentlichen zylindrischen Innenraum umfährt. Durch das Halten der Abfangrakete in diesem Innenraum kann ein Abstand zwischen Abfangrakete und ballistischer Rakete zu jedem Zeitpunkt gering gehalten werden. Die Taumelbewegung kann als zufällige Abweichung von einer Zentralbahn aufgefasst werden. Die Zentralbahn innerhalb einer spiralförmigen Taumelbahn kann mit Hilfe einer Mittlung von Messdaten der Taumelbahn berechnet werden.Due to the lower differential speed between the interceptor rocket and the approaching ballistic missile, it may no longer be necessary to have a direct encounter between the two missiles. As a result, the control of the interceptor rocket can be considerably simplified, since it can be dispensed with the consideration of the tumbling motion of the approaching ballistic missile. For this purpose, the interceptor rocket is conveniently controlled to a lane within the anticipated wobble path of the ballistic missile. The tumble track is a spiral track that traverses a substantially cylindrical interior. By keeping the interceptor rocket in this interior, a distance between interceptor missile and ballistic missile can be kept low at any time. The wobble can be considered as a random deviation from a central orbit. The central orbit within a spiral wobble path can be calculated by means of an averaging of measurement data of the wobble path.
Zweckmäßigerweise wird die Abfangrakete im Zentrum der spiralförmigen Taumelbahn gesteuert. Ausgehend von einer Taumelbewegung mit einem gegebenen Radius um die Zentralbahn ist mit einem Vorbeiflug der ballistischen Rakete in einem Abstand gleicher Größe zu rechnen. Bei hinreichend kleinem Abstand kann eine Umgebungszündung der Wirkladung die ballistische Rakete beziehungsweise deren Wirksatz zerstören, ohne dass ein direkter Treffer notwendig ist.Conveniently, the interceptor rocket is controlled in the center of the spiral wobble path. Starting from a tumbling motion with a given radius around the central orbit, a flyby of the ballistic missile at a distance of the same size is to be expected. At a sufficiently small distance, an ambient ignition of the active charge can destroy the ballistic missile or its active set, without a direct hit being necessary.
Der Angriff der Abfangrakete auf die ballistische Rakete erfolgt zweckmäßigerweise im gleichgerichteten Flug. Vorteilhafterweise verlässt die Abfangrakete die Atmosphäre nicht und fliegt der ballistischen Rakete nach deren Wiedereintritt in die Atmosphäre voraus. Die Reihenfolge der Schritte der Ermittlung der voraussichtlichen Flugbahn und des Startens der Abfangrakete ist beliebig. Die Abfangrakete kann insgesamt zur voraussichtlichen Flugbahn der ballistischen Rakete fliegen oder nach einer Boostphase den Raketenmotor abwerten und nur als Raketenkopf zur voraussichtlichen Flugbahn der ballistischen Rakete fliegen. Der Angriff auf die ballistische Rakete kann durch die Abfangrakete insgesamt oder nur einen Teil von ihr, beispielsweise den Raketenkopf, erfolgen. Ein Raketenkopf wird in diesem Zusammenhang der Einfachheit halber auch als Abfangrakete bezeichnet.The attack of the interceptor missile on the ballistic missile is advantageously carried out in the rectified flight. Advantageously, the interceptor missile does not leave the atmosphere and advances the ballistic missile after re-entering the atmosphere. The order of the steps of determining the probable trajectory and starting the interceptor rocket is arbitrary. The interceptor missile can fly in total to the expected trajectory of the ballistic missile or devalue the rocket motor after a boost phase and fly only as a missile head for the expected trajectory of the ballistic missile. The attack on the ballistic missile can be done by the interceptor missile overall or only part of it, such as the rocket head. A rocket head is referred to in this context for the sake of simplicity as an interceptor rocket.
Auch wenn die Abfangrakete erfindungsgemäß vor der anfliegenden ballistischen Rakete herfliegt, kann zuvor eine gegengerichtete Bewegung der beiden Raketen erfolgen. So ist es beispielsweise möglich und vorteilhaft, dass das Abfangsystem mit der Abfangrakete in der Nähe eines zu schützenden Objekts, beispielsweise einer Stadt, stationiert ist. Nach einem Start fliegt die Abfangrakete zunächst der ballistischen Rakete entgegen, um dann zu wenden und der ballistischen Rakete vorauszufliegen, um so die Differenzgeschwindigkeit zu verringern. Ein direktes Wenden in der Nähe der voraussichtlichen Flugbahn ist hierbei ebenso möglich wie das weiträumige Einschwenken auf die voraussichtliche Fugbahn mit einem energieeffizienteren großen Flugradius. Das entsprechende Anflugmanöver kann von der Stationierung des Abfangsystems und der Anflugrichtung der anfliegenden ballistischen Rakete auf das zu schützende Objekt abhängig gemacht werden In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Zündung der Wirkladung in Abhängigkeit vom Uberholvorgang der ballistischen Rakete an der Abfangrakete vorbei. Hierdurch kann auf eine Vorwegberechnung eines Überholens verzichtet werden, wodurch die Sensorik der Abfangrakete noch weiter vereinfacht werden kann. Die Zündung kann beim Überholen oder in zeitlicher Abhängigkeit von zumindest einem Überholparameter erfolgen, beispielsweise der Differenzgeschwindigkeit. Zweckmäßigerweise wird die Zündung der Wirkladung durch den Überholvorgang direkt getriggert.Even if the interceptor rocket flies according to the invention before the approaching ballistic missile, previously a counter-directional movement of the two missiles can be done. Thus, for example, it is possible and advantageous that the interception system with the interceptor rocket is stationed in the vicinity of an object to be protected, for example a city. After a launch, the interceptor rocket first flies against the ballistic missile, then turns to fly ahead of the ballistic missile to reduce the differential speed. A direct turn near the expected trajectory is just as possible as the wide swinging on the prospective Fugbahn with a more energy efficient large flight radius. The corresponding approach maneuver can be made dependent on the stationing of the interception system and the approach direction of the approaching ballistic missile on the object to be protected in an advantageous embodiment of the invention, the ignition of the active charge takes place depending on the passing of the ballistic missile on the interceptor missile. This makes it possible to dispense with a pre-calculation of overtaking, whereby the sensor technology of the interceptor rocket can be further simplified. Ignition may occur during overtaking or as a function of time of at least one overtaking parameter, for example the differential speed. Appropriately, the ignition of the active charge is triggered by the overtaking process directly.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die ballistische Rakete von zumindest einem weiteren Sensorträger vermessen wird und aus Messdaten des weiteren Sensorträgers zunächst eine grobe Schätzung der voraussichtlichen Flugbahn der ballistischen Rakete ermittelt wird. Unter einem Sensorträger wird vorliegend eine Plattform verstanden, die mit zumindest einem Sensor versehen ist, der in der Lage ist, eine ballistische Rakete zu vermessen. Der weitere Sensorträger kann ein unbemannter Flugkörper sein, beispielsweise eine Aufklärungsdrohne, wobei selbstverstandlich auch die Verwendung von bemannten Flugzeugen möglich ist. Ebenso sind bodengestütze Sensorträger wie Radarstationen denkbar. Zweckmäßigerweise wird die ballistische Rakete von mehreren Sensorträgern vermessen, so dass zur Berechnung der voraussichtlichen Flugbahn Triangulation ermöglicht und durchgeführt wird.A further advantageous embodiment of the invention provides that the ballistic missile is measured by at least one further sensor carrier and a rough estimate of the probable trajectory of the ballistic missile is first determined from measured data of the further sensor carrier. In the present case, a sensor carrier is understood to be a platform which is provided with at least one sensor which is capable of measuring a ballistic missile. The further sensor carrier may be an unmanned missile, for example a reconnaissance drone, whereby, of course, the use of manned aircraft is possible. Likewise, ground-based sensor carriers such as radar stations are conceivable. Conveniently, the ballistic missile is measured by a plurality of sensor carriers, so that triangulation is enabled and performed to calculate the expected trajectory.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Abfangrakete nach dem Ermitteln der groben Schätzung der voraussichtlichen Flugbahn der ballistischen Rakete auf diese in Flugrichtung einschwenkt und somit vor der ballistischen Rakete herfliegt. Further, it is advantageous if the interceptor rockets after determining the rough estimate of the probable trajectory of the ballistic missile on this in the direction of flight and thus flies in front of the ballistic missile.
Um eine genauere Positionierung der Abfangrakete zum Zweck eines präzisen Angriffs auf die ballistische Rakete zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn die Abfangrakete im Vorherflug vor der ballistischen Rakete die ballistische Rakete vermisst und eine präzisere Schätzung der voraussichtlichen Flugbahn der ballistischen Rakete ermittelt. Hierfür verfügt die Abfangrakete zweckmäßigerweise über einen eigenen Sensor. Zweckmäßigerweise fliegt die Abfangrakete dann auf dieser präziser geschätzten voraussichtlichen Flugbahn der ballistischen Rakete voraus. Die Vermessung erfolgt zweckmäßigerweise bereits während des Einschwenkens auf die voraussichtliche Flugbahn, die insbesondere ausgehend von einer groben Voreinweisung auf Basis einer groben Schätzung der voraussichtlichen Flugbahn durch einen weiteren Sensorträger iterativ präzisiert wird.In order to enable a more accurate positioning of the interceptor missile for the purpose of a precise attack on the ballistic missile, it is advantageous if the interceptor misses the ballistic missile in advance of the ballistic missile and determines a more accurate estimate of the anticipated trajectory of the ballistic missile. For this purpose, the interceptor suitably has its own sensor. Conveniently, the interceptor then flies ahead of this more precisely estimated prospective trajectory of the ballistic missile. The measurement is expediently carried out already during the swivel-in on the probable trajectory, which is iteratively specified by a further sensor carrier, in particular starting from a rough preamble on the basis of a rough estimate of the probable trajectory.
Eine Ermittlung der voraussichtlichen Flugbahn der ballistischen Rakete aus den Messdaten kann am Boden oder durch die Abfangrakete selbst erfolgen. Bei einer Ermittlung am Boden können entsprechende Steuerbefehle per Uplink an die Abfangrakete übermittelt werden. Am Einfachsten ist jedoch die Ermittlung der voraussichtlichen Flugbahn durch die Abfangrakete selber, so dass diese durch eigene Daten auf die Flugbahn einschwenken kann. Entsprechend sieht eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung vor, dass die ballistische Rakete von zumindest einem weiteren Sensorträger vermessen wird und Messdaten vom Sensorträger an die Abfangrakete übermittelt werden. Mittels eines Steuerrechners der Abfangrakete kann dann eine erste grobe Schätzung der voraussichtlichen Flugbahn der ballistischen Rakete aus den Messdaten des Sensorträgers ermittelt werden. Hierdurch ist es der Abfangrakete dann möglich, auf diese grob geschätzte voraussichtliche Flugbahn in Flugrichtung der ballistischen Rakete einzuschwenken.A determination of the probable trajectory of the ballistic missile from the measured data can be done on the ground or by the interceptor missile itself. In the case of a determination on the ground, corresponding control commands can be transmitted via uplink to the interceptor rocket. The easiest way, however, is to determine the probable trajectory by the interceptor itself, so that it can swivel by own data on the trajectory. Accordingly, a further advantageous embodiment of the invention provides that the ballistic missile is measured by at least one further sensor carrier and measurement data are transmitted from the sensor carrier to the interceptor rocket. By means of a control computer of the interceptor rocket can then be determined from the measured data of the sensor carrier a first rough estimate of the probable trajectory of the ballistic missile. This makes it possible for the interceptor rocket to swerve on this roughly estimated expected trajectory in the direction of flight of the ballistic missile.
Zweckmäßigerweise sind die Messdaten von einem Sensorträger Rohdaten, beispielsweise die mit einem Zeitstempel versehenen Positionen und Peilwinkel des Sensorträgers in Bezug auf die ballistische Rakete. Unter Rohdaten werden vorliegend ungefilterte Daten verstanden. Rohdaten haben den Vorteil, dass sie in einfacher Weise mit eigenen Messdaten der Abfangrakete fusioniert werden können, ohne dass Daten unterschiedlicher Verarbeitungsebenen fusioniert werden müssen. Es kann also geschickterweise gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass ein Steuerrechner der Abfangrakete Messdaten der Abfangrakete mit Messdaten eines oder mehrerer weiterer Sensorträger fusioniert, um gegenüber einer nur auf Messdaten der Abfangrakete oder Messdatein eines Sensorträgers ermittelten Schätzung einer voraussichtlichen Flugbahn eine noch genauere Schätzung einer voraussichtlichen Flugbahn der ballistischen Rakete zu ermitteln, auf welche die Abfangrakete dann in Flugrichtung der ballistischen Rakete einschwenken kann.Conveniently, the measurement data from a sensor carrier is raw data, such as the time stamped positions and bearing angle of the sensor carrier with respect to the ballistic missile. Raw data is understood herein to be unfiltered data. Raw data has the advantage that it can be easily merged with its own measurement data of the interceptor rocket, without having to merge data from different processing levels. Thus, it can be cleverly provided according to a further embodiment of the invention that a control computer of the interceptor missile measurement data of the interceptor rocket merges with measurement data of one or more further sensor carrier, compared to an only on measurement data of the interceptor or Messdatein a sensor carrier estimated estimate of an anticipated trajectory even more accurate Estimate of an expected trajectory of the ballistic missile on which the interceptor can then swing in the direction of flight of the ballistic missile.
Weiter wird vorgeschlagen, dass ein Zeitpunkt des Überholvorgangs bestimmt wird, zweckmäßigerweise von der Abfangrakete selber, und eine Zündung der Wirkladung in Abhängigkeit von diesem Zeitpunkt erfolgt. In einer einfachen Variante kann auf die Bestimmung der azimutalen Richtung, in der die ballistische Rakete die Abfangrakete überholt, verzichtet werden. Eine besonders geeignete Zündung könnte eine Polarzündung an zwei entgegengesetzten Enden der Wirkladung sein, wodurch sich einige der Splitter in einer Ebene senkrecht zur Symmetrieachse der Abfangrakete mit erhöhter Geschwindigkeit bewegen und sich somit eine erhöhte endballistische Leistung erzielen lässt. Dadurch würde ein Splittervorhang rund um die Abfangrakete gebildet werden, der die ballistische Rakete – vorausgesetzt, der Zündzeitpunkt ist korrekt gewählt – auf Höhe ihres Gefechtskopfes trifft, unabhängig in welchem azimutalen Winkel die ballistische Rakete die Abfangrakete überholt.It is also proposed that a time of the overtaking process is determined, expediently by the interception rocket itself, and an ignition of the active charge as a function of this time takes place. In a simple variant, the determination of the azimuthal direction in which the ballistic missile overtakes the interceptor missile can be dispensed with. A particularly suitable ignition could be a polar ignition at two opposite ends of the active charge, whereby some of the splinters move in a plane perpendicular to the axis of symmetry of the interceptor rocket with increased speed and thus can achieve an increased end ballistic performance. This would create a splinter curtain around the interceptor rocket that will strike the ballistic missile at its warhead level, assuming the firing point is correctly set, regardless of the azimuthal angle the ballistic missile passes the interceptor missile.
Eine günstigere Ausrichtung der Sprengkraft der Wirkladung besteht darin, die Sprengkraft durch eine Mehrpunktanzündung in zweckmäßigerweise eine weitgehend eindimensionale Richtung auszurichten. Hierfür ist es in einer etwas komplexeren Variante der Erfindung notwendig, die azimutale Richtung, in der die ballistische Rakete die Abfangrakete überholt, zu bestimmen. Ist die azimutale Richtung bekannt, können die Anzündpunkte entsprechend günstig gewählt und die Wirkladung in ihrer Sprengwirkung entsprechend auf die ballistische Rakete ausgerichtet werden.A more favorable orientation of the explosive force of the active charge is to align the explosive force by a multi-point ignition in expediently a largely one-dimensional direction. For this purpose, in a somewhat more complex variant of the invention, it is necessary to determine the azimuthal direction in which the ballistic missile overtakes the interceptor rocket. If the azimuthal direction is known, the ignition points can be chosen appropriately low and the active charge can be aligned in its blasting effect corresponding to the ballistic missile.
Ist jedoch ein direktes Zusammentreffen der beiden Raketen oder eine größere Annäherung der Abfangrakete an die ballistische Rakete gewünscht, so bestehen mehrere Möglichkeiten: Eine der Möglichkeiten ist, die Abfangrakete mit einem zusätzlichen Triebwerk zu versehen. Dieses ist zweckmäßigerweise so ausgeführt, dass es der Abfangrakete eine Querbeschleunigung verleiht, mit der die Abfangrakete direkt in die Flugbahn der überholenden ballistischen Rakete oder zumindest in deren Richtung verbracht wird. Eine Zündung des zusätzlichen Triebwerks erfolgt zweckmäßigerweise kurz vor einem voraussichtlichen Zusammentreffen der beiden Raketen. Hierzu wird vorteilhafterweise der Zeitpunkt des Überholvorgangs und insbesondere eine azimutale Richtung, in der die ballistische Rakete den Raketenkopf überholt, im Voraus bestimmt.However, if a direct coincidence of the two rockets or a closer approach of the interceptor rocket to the ballistic missile desired, there are several possibilities: One of the ways is to provide the interceptor rocket with an additional engine. This is expediently designed to give the interceptor rocket a lateral acceleration with which the interceptor missile is brought directly into the trajectory of the passing ballistic missile or at least in its direction. An ignition of the additional engine is expediently carried out shortly before a probable coincidence of the two missiles. For this purpose, advantageously, the time of the overtaking process and in particular an azimuthal direction in which the ballistic missile passes the rocket head, determined in advance.
Die Zündung des zusätzlichen Triebwerks bewirkt zweckmäßigerweise, dass zumindest die Wirkladung auf die vorbeifliegende ballistische Rakete zubewegt wird. Selbstverständlich ist es auch möglich und vorteilhaft den gesamten Raketenkopf bzw. die gesamte Abfangrakete direkt in Kollision mit der ballistischen Rakete zu bringen. Voraussetzung hierfür ist eine Vermessung von Entfernung und Differenzgeschwindigkeit zwischen den Raketen. Hierzu ist eine aktive Sensorik notwendig. Das Taumeln kann passiv, beispielsweise durch einen Infrarotsensor, erfasst werden. The ignition of the additional engine expediently causes at least the active charge to be moved towards the passing ballistic missile. Of course, it is also possible and advantageous to bring the entire rocket head or the entire interceptor rocket directly into collision with the ballistic missile. Prerequisite for this is a measurement of distance and speed difference between the rockets. For this purpose, an active sensor is necessary. The tumbling can be detected passively, for example by an infrared sensor.
Auf eine aktive Sensorik kann in einer zweiten Möglichkeit verzichtet werden. Hierzu fliegen mehrere Abfangraketen, die zumindest in die Nähe der voraussichtlichen Flugbahn verbracht werden, der ballistischen Rakete voraus. Auch mehrere Raketenköpfe, die aus einer Trägerrakete ausgestoßen wurden, werden in diesem Zusammenhang als mehrere Abfangraketen bezeichnet. Die Abfangraketen können hierbei um eine voraussichtliche Flugbahn der ballistischen Rakete angeordnet sein.An active sensor can be dispensed with in a second possibility. For this purpose, several interceptor missiles, which are at least near the expected trajectory, fly ahead of the ballistic missile. Also, several missile heads ejected from a launcher are referred to in this context as multiple interceptor missiles. The interceptor missiles can be arranged here around an expected trajectory of the ballistic missile.
Vorteilhafterweise wird die ballistische Rakete jeweils mittels zumindest eines Sensors einer Abfangrakete vermessen. Messdaten von allen Abfangraketen können an zumindest eine der Abfangraketen weitergegeben und eine Entfernung und eine Differenzgeschwindigkeit der ballistischen Rakete zu zumindest einer der Abfangraketen kann aus den Messdaten bestimmt werden. Die aktive Sensorik ist bei dieser Ausführungsform verzichtbar, da die Differenzgeschwindigkeit und Entfernung beispielsweise triangulatorisch erfasst werden können. Auch die Taumelhelix kann als voraussichtliche Flugbahn erfasst werden. Eine oder mehrere der Abfangraketen bekämpfen schließlich die ballistische Rakete, wobei diese Abfangrakete(n) zweckmäßigerweise auch die voraussichtliche Flugbahn berechnen.Advantageously, the ballistic missile is measured in each case by means of at least one sensor of an interceptor rocket. Measurement data from all interceptor missiles may be relayed to at least one of the interceptor rockets and a distance and a differential velocity of the ballistic missile to at least one of the interceptor missiles may be determined from the measurement data. The active sensor is dispensable in this embodiment, since the differential speed and distance can be detected, for example, triangulation. The wobble helix can also be detected as an anticipated trajectory. One or more of the interceptor missiles will ultimately fight the ballistic missile, and this interceptor missile (s) will conveniently calculate the expected trajectory.
Die Erfindung ist außerdem auf ein Abfangsystem gerichtet, das zumindest eine Abfangrakete umfasst, die einen Raketenmotor, einen Steuerrechner, ein Lenksystem und eine Wirkladung aufweist.The invention is also directed to an interceptor system comprising at least one interceptor rocket having a rocket motor, a control computer, a steering system, and an active charge.
In Bezug auf die auf das Abfangsystem gerichtete Aufgabe der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Steuerrechner erfindungsgemäß dazu vorbereitet ist, eine voraussichtliche Flugbahn der ballistischen Rakete zu ermitteln, das Lenksystem derart anzusteuern, dass zumindest der Raketenkopf in Flugrichtung der ballistischen Rakete vor dieser herfliegt und insbesondere die Wirkladung in Abhängigkeit von einem Uberholvorgang der ballistischen Rakete an der Abfangrakete vorbei zu zünden. Durch die im Vergleich zum Gegenflug stark verringerte Differenzgeschwindigkeit kann auf ein direktes Zusammentreffen der beiden Raketen verzichtet werden und das Abfangsystem kann einfach und somit kostengünstig gehalten bleiben.With regard to the object of the invention, which is directed to the interception system, it is proposed that the control computer be prepared to determine an anticipated trajectory of the ballistic missile, to control the steering system in such a way that at least the rocket head flies in front of the latter in the direction of flight of the ballistic missile, and in particular to ignite the effective charge in response to a ballistic missile overtaking operation on the interceptor missile. Due to the greatly reduced differential speed compared to the opposite flight, a direct coincidence of the two missiles can be dispensed with and the interception system can be kept simple and therefore cost-effective.
Üblicherweise wird der Raketenmotor (Booster) nach einer Boostphase abgeworfen, so dass nur der Raketenkopf – hier auch als Abfangrakete bezeichnet – in die voraussichtliche Flugbahn der anfliegenden ballistischen Rakete einschwenkt. Es ist jedoch im Rahmen dieser Erfindung möglich, dass der Raketenmotor am Raketenkopf verbleibt und die Abfangrakete als Ganzes vor der ballistischen Rakete herfliegt und diese zerstört.Usually, the rocket motor (booster) is dropped after a boost phase, so that only the rocket head - also referred to here as interceptor rocket - pivots in the expected trajectory of the approaching ballistic missile. However, within the scope of this invention, it is possible for the rocket motor to remain on the rocket head and launch the interceptor missile as a whole in front of and destroy the ballistic missile.
Der Steuerrechner ist vorteilhafterweise dazu vorbereitet, die Durchführung eines beliebigen, mehrerer beliebiger oder aller der genannten Verfahrensschritte zu steuern. Eine solche Vorbereitung kann durch ein entsprechendes Steuerprogramm des Steuerrechners vorliegen, dessen Ablauf – beispielsweise in Verbindung mit geeigneten Eingangssignalen, wie Sensorsignalen – eine solche Steuerung bewirkt.The control computer is advantageously prepared to control the execution of any one, several arbitrary or all of the mentioned method steps. Such a preparation may be provided by a corresponding control program of the control computer, the sequence of which - such as in conjunction with suitable input signals, such as sensor signals - causes such a control.
Hierzu umfasst der Steuerrechner zweckmäßigerweise elektronische Elemente, wie einen Prozessor und Datenspeicher, die zum Ablaufen des Steuerprogramms notwendig sind.For this purpose, the control computer expediently comprises electronic elements, such as a processor and data memory, which are necessary for running the control program.
Zweckmäßigerweise umfasst die Abfangrakete einen Datenempfänger zum Empfangen von Messdaten anderer Sensorträger zur Berechnung der voraussichtlichen Flugbahn der ballistischen Rakete.Conveniently, the interceptor missile comprises a data receiver for receiving measurement data from other sensor carriers for calculating the anticipated trajectory of the ballistic missile.
In einer vorteilhaften Ausführungsform dieser Erfindung umfasst die Abfangrakete einen nach hinten gerichteten Suchkopf, dessen Blickfeld auf die von der Abfangrakete beziehungsweise deren Raketenkopf bereits durchflogene Flugbahn gerichtet ist. Durch den nach hinten gerichteten Suchkopf kann die von hinten anfliegende ballistische Rakete passiv erkannt werden, beispielsweise durch von dieser abgegebenen Wärmestrahlung bei Verwendung eines IR-Suchkopfs. Es ist jedoch auch möglich, dass der Suchkopf aktive Sensorik umfasst.In an advantageous embodiment of this invention, the interceptor missile comprises a seeker head directed to the rear, the field of view of which is directed at the trajectory already passed through by the interceptor rocket or its rocket head. The rearwardly directed seeker head makes it possible to passively recognize the ballistic missile approaching from behind, for example by heat radiation emitted by the latter when using an IR seeker head. However, it is also possible that the seeker head comprises active sensors.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Abfangrakete eine Trennstelle zum Abtrennen des Raketenmotors von einem Raketenkopf aufweist, sowie einen nach hinten gerichteten Suchkopf, der derart am Raketenkopf angeordnet ist, dass er durch das Abtrennen des Raketenmotors ein freies Blickfeld nach hinten erhält. Bei dieser Ausführungsform ist der Suchkopf während der Lagerung der Abfangrakete und insbesondere während der Boostphase durch die Trennstelle geschützt. Erst durch das Abtrennen des Raketenmotors gelangt der Suchkopf an die Oberfläche beziehungsweise erhält einen freien Blick nach hinten.It is further proposed that the interceptor rocket has a separation point for separating the rocket motor from a rocket head, and a rearward seeker, which is arranged on the rocket head so that it receives a free field of view by the separation of the rocket motor backwards. In this embodiment, the seeker head is protected by the separation point during storage of the interceptor rocket, and especially during the boost phase. Only by separating the rocket motor, the seeker reaches the surface or gets a clear view to the rear.
Vorteilhafterweise ist der Steuerrechner dazu vorbereitet, die von hinten anfliegende ballistische Rakete mit Hilfe des Suchkopfs zu vermessen und aus Messdaten die voraussichtliche Flugbahn der ballistischen Rakete zu ermitteln. Diese Flugbahn kann eine präziser geschätzte voraussichtliche Flugbahn sein, als sie beispielsweise zuvor aus Messdaten zumindest eines weiteren Sensorträgers berechnet wurde. Advantageously, the control computer is prepared to measure the ballistic missile approaching from behind with the aid of the seeker head and to determine the probable trajectory of the ballistic missile from measured data. This trajectory may be a more precise estimated probable trajectory than, for example, previously calculated from measurement data of at least one further sensor carrier.
Außerdem ist der Steuerrechner zweckmäßigerweise dazu vorbereitet, eine Taumelbewegung der von hinten anfliegenden ballistischen Rakete auszublenden, also zu ignorieren, und die Abfangrakete auf einer voraussichtlichen Zentralbahn innerhalb der realen Taumelbahn der ballistischen Rakete zu steuern.In addition, the control computer is expediently designed to hide, ie ignore, a tumbling motion of the ballistic missile approaching from behind, and to control the interceptor missile on an expected central orbit within the real wobble path of the ballistic missile.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung schlägt vor, dass die Abfangrakete einen Begegnungssensor aufweist, der dazu vorbereitet ist, ein Überholen der ballistischen Rakete zu erkennen. Zweckmäßigerweise wird ein sensorisches Erkennen des Überholvorgangs als gerade stattfindendes Ereignis durchgeführt. Auf eine Vorausberechnung des Überholzeitpunkts und insbesondere der Überholrichtung kann dann verzichtet werden. Beides kann in Echtzeit sensorisch erfasst werden.A further advantageous embodiment of the invention proposes that the interceptor rocket has a proximity sensor that is prepared to detect overtaking of the ballistic missile. Expediently, a sensory recognition of the overtaking process is performed as a currently occurring event. On a pre-calculation of the overtaking time and in particular the overtaking direction can then be dispensed with. Both can be detected sensory in real time.
Eine einfache Ausführung des Begegnungssensors beinhaltet, dass dieser Strahler aufweist, die dazu vorbereitet sind, einen aktiven Strahlenvorhang in die Umgebung zu legen. Der Strahlenvorhang kann in die Umgebung der Abfangrakete gelegt werden und umgibt zweckmäßigerweise die Abfangrakete um 360°, also vollständig. Weiter vorteilhaft sind der Begegnungssensor und/oder der Steuerrechner dazu vorbereitet, ein Durchbrechen des Strahlenvorhangs durch die ballistische Rakete zu erfassen. Dies kann beispielsweise durch eine Rückstrahlung der Strahlen und die entsprechende sensorische Erkennung der Rückstrahlung geschehen. Zweckmäßigerweise sind mehrere Sensoren vorhanden, so dass eine 360°-Überwachung des Strahlenvorhangs einfach ermöglicht ist.A simple embodiment of the proximity sensor includes having it emitters that are prepared to place an active beam curtain in the environment. The radiation curtain can be placed in the vicinity of the interceptor rocket and expediently surrounds the interceptor rocket by 360 °, ie completely. Further advantageously, the proximity sensor and / or the control computer are prepared to detect a breakthrough of the beam curtain by the ballistic missile. This can be done for example by a re-radiation of the rays and the corresponding sensory recognition of the reverberation. Appropriately, several sensors are present, so that a 360 ° monitoring of the beam curtain is easily possible.
In einer einfachen Version der Abfangrakete wird nur das Durchbrechen an sich erfasst und die Sprengwirkung der Sprengladung wird rundum in die Umgebung des Raketenkopfs gelenkt, beispielsweise diskusförmig. Eine präzisere Wirkung wird ermöglicht, wenn eine Winkelerfassung der Durchbrechung des Strahienvorhangs erfasst wird, so dass der Azimutwinkel der überholenden ballistischen Rakete – immer relativ zu einer vorbestimmten Richtung – erfasst werden kann.In a simple version of the interceptor rocket only the breakthrough itself is detected and the explosive effect of the explosive charge is directed all around in the vicinity of the rocket head, for example, discus. A more precise effect is made possible when an angular detection of the aperture of the beam curtain is detected so that the azimuth angle of the passing ballistic missile can always be detected relative to a predetermined direction.
Ist ein zusätzliches Triebwerk, insbesondere ein Querschubtriebwerk, vorhanden und der Steuerrechner dazu vorbereitet, das Triebwerk in der Weise zu zünden, dass zumindest die Wirkladung eine Querbeschleunigung auf die vorbei fliegende ballistische Rakete erfährt, so kann die Wirkung nochmals erhöht werden.If an additional engine, in particular a transverse thrust engine, present and the control computer prepared to ignite the engine in such a way that at least the effective charge undergoes a lateral acceleration on the passing ballistic missile, the effect can be increased again.
Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale wird der Fachmann jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Insbesondere sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen kombinierbar.The previously given description of advantageous embodiments of the invention contains numerous features, which are given in the individual subclaims partially summarized in several. However, those skilled in the art will conveniently consider these features individually and summarize them to meaningful further combinations. In particular, these features can be combined individually and in any suitable combination with the method according to the invention and the device according to the invention according to the independent claims.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und beschränken die Erfindung nicht auf die darin angegebene Kombination von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Außerdem können dazu geeignete Merkmale eines jeden Ausführungsbeispiels auch explizit isoliert betrachtet, aus einem Ausführungsbeispiel entfernt, in ein anderes Ausführungsbeispiel zu dessen Ergänzung eingebracht und/oder mit einem unabhängigen Anspruch kombiniert werden.The above-described characteristics, features and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the embodiments, which will be described in more detail in conjunction with the drawings. The embodiments serve to illustrate the invention and do not limit the invention to the combination of features specified therein, not even with respect to functional features. In addition, suitable features of each embodiment may also be explicitly considered isolated, removed from one embodiment, incorporated into another embodiment to supplement it, and / or combined with an independent claim.
Es zeigen:Show it:
Der Raketenkopf
Der oder die Flugkörper
Die Flugdaten der ballistischen Rakete
Zur Lenkung auf diese Abstiegsbahn beziehungsweise voraussichtliche Flugbahn
Spätestens wenn die Abfangrakete
Der Raketenkopf
Entsprechend den Fluggeschwindigkeiten der Abfangrakete
In einem besonders einfachen Ausführungsbeispiel wird die Differenzgeschwindigkeit zwischen den beiden Raketen
In
Um jedoch eine größere Sprengkraft in Richtung der Nutzlast
Ein weiterer möglicher Einstellparameter zum gezielten Zerstören der ballistischen Rakete
Um die Wirkung der Wirkladung
Zur Vorbereitung dieses Roll-Manövers wird mittels aktiver Sensorik die Differenzgeschwindigkeit und der Abstand zwischen den beiden Raketen
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden an Stelle einer einzigen Abfangrakete
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 22
- Abfangraketeinterceptor missile
- 44
- Raketenkopfrocket head
- 66
- Raketenmotorrocket engine
- 88th
- Lenksystemsteering system
- 1010
- Flügelwing
- 1212
- Ruderrudder
- 1414
- Flügelwing
- 1616
- Trennstelleseparation point
- 1818
- Treibmittelpropellant
- 2020
- Fallschirmparachute
- 2222
- Wirkladungactive charge
- 2424
- Steuerrechnertax calculator
- 2626
- Suchkopfseeker
- 2828
- ballistische Raketeballistic missile
- 3030
- Flugkörpermissile
- 3232
- StartgerätBoot device
- 3434
- Sichtlinieline of sight
- 3636
- Flugbahntrajectory
- 3838
- Abstrahl-Sensor-EinheitRadiating sensor unit
- 4040
- Strahlungradiation
- 4242
- Nutzlastpayload
- 4444
- Elevationswinkelelevation angle
- 4646
- Triebwerkengine
- 4848
- Flugbahntrajectory
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-
2012
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